三江源区退化高寒草甸土壤真菌群落特征

为了明确高寒草甸退化演替过程中土壤真菌物种组成、群落多样性及功能结构等的响应规律,本研究采用高通量基因测序技术和FUNGuild功能预测,分析了三江源区未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化高寒草甸土壤真菌群落特征及其调控因子.结果 表明:高寒草甸土壤优势真菌为子囊菌门、担子菌门和被孢霉菌门.与未退化草地土壤相...     

青藏高原高寒草甸植被和土壤对短期禁牧的响应

为探讨青藏高原高寒草甸对短期禁牧的响应,设置冬季自由放牧和短期(2年)禁牧的对比试验。采用随机样方法调查植被群落盖度,分析地上和地下生物量、根冠比、植被地上和地下部分以及表层(0-10cm)土壤全碳、全氮和全磷含量、生态化学计量以及营养元素的关联性。研究结果显示:1)短期禁牧显著改变高寒草甸植被盖度、地上生物量、根冠比、植被全磷含量和N∶P,以及土壤全磷含量。2)相关性分析表明,禁牧后土壤全碳含量与植被地上全碳含量呈显著相关性,自由放牧后土壤全碳和全氮含量分别与植被地下部分全碳和全氮含量呈显著相关性。结果表明,不同的草原管理措施(禁牧、放牧)会改变高寒草甸植被与土壤养分分配及其平衡关系,同时,植被与表层土壤主要养分含量之间的关联性仅存在于部分植物器官与部分营养元素之间。     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

青藏高原东缘封育和退化高寒草甸种子库差异

采用幼苗萌发法研究了青藏高原东部高寒草甸封育和退化地区土壤种子库的差异.结果表明:(1)两个样地总共有10161株幼苗萌发,分属55个物种,23个科.封育样地多年生植物比例高于退化样地,禾草和单子叶植物比例在两个样地间差异不大.(2)退化样地土壤种子库种子密度((6105±1530) m-2)显著高于封育样地((3883±798) m-2),而物种丰富度差异不显著.所研究区域拥有较为丰富的种子库资源,退化地区资源更丰富,说明恢复不存在种子限制问题,土壤种子库可以成为植被恢复的潜在资源.(3)种子密度和物种丰富度在垂直分层上差异显著,且随着深度的增加而显著减小.(4)用Srensen coefficient指数计算出土壤种子库和地上植被之间的相似性在整体上较低,封育样地(45.3%)略高于退化样地(40.4%),两个样地地上植被之间的相似性为50%,而种子库之间相似性高达84.6%,说明种子库起到一个"缓冲器"的作用.(5)Shannon-Wiener多样性指数分析显示,无论在地上植被或种子库中,物种多样性都是封育样地显著高于退化样地.过度放牧不仅导致地上植被的生物多样性丧失,而且使种子库中的物种多样性降低,而封育管理可以维持地上植被和种子库中的物种多样性.     

无纺布对不同坡度高寒退化草甸地上植被和土壤理化特征的影响

当前三江源区高寒草甸在气候变化和人类活动作用下已经大面积退化。由于该区域地势复杂, 除滩地之外, 不同坡度的退化草地治理技术研究亟待加强。针对退化草地恢复已有大量研究, 然而对草地干扰相对较低的无纺布覆盖技术研究薄弱。基于以上, 在三江源区不同坡度的高寒退化草甸通过铺设无纺布, 来探讨无纺布对不同坡度退化草地植被及土壤理化性质的影响。结果发现: 缓坡地地上生物量、植被高度、土壤水分显著低于陡坡地; 无纺布覆盖能显著提升植被地上生物量、 盖度、 物种分盖度和、含水量以及碳、氮积累; 且对缓坡地植被地上生物量、 物种分盖度和及土壤水分的促进幅度更大。因此无纺布覆盖对植被及土壤提升效应说明这是一项适宜于高寒退化草甸的恢复技术, 特别对水热条件相对较差的缓坡退化草地治理中, 此项技术适宜推广。     

长江源区高寒草原和高寒草甸土壤粒径分布特征

为探究长江源区主要下垫面土壤空间异质性与粒径分布(PSD)非均匀性,运用分形理论描述高寒草原和高寒草甸2种下垫面土壤粒径分布特征,分析了 2种下垫面土壤的分形维数特征差异及其与土壤颗粒组成的关系.结果表明:研究区土壤颗粒粒径主要分布于100-800 μm,高寒草原土壤单重分形维数(Dv)为2.429～2.508,高寒草...     

高寒草甸植被退化过程中生物土壤结皮演变特征

对生物土壤结皮(BSCs)在青藏高原的分布和作用还知之甚少,为了解其在高寒草甸退化过程中的演变特征,以高寒草甸为对象,研究其退化和人工重建对BSCs生长和分布影响。结果表明:随草甸退化,植被盖度不断降低,苔藓类结皮在禾草嵩草草甸和6年人工草地出现频度最高,随植被退化出现频度降低,"黑土滩"阶段最低(43.6%);黑斑、菌斑和地衣都是在矮嵩草阶段形成,在小嵩草草甸裂缝期或者剥蚀期出现频度最高,在禾草嵩草群落、6年人工草地及黑土滩均未出现;相关分析表明,苔藓类结皮出现频率与植被盖度呈极显著相关(P0.01),而与黑斑和地衣出现频率呈负相关,菌斑与地衣出现频度呈显著相关(P0.05)。BSCs在高寒草甸广泛分布,不同演替阶段,其分布和物种组成存在较大差别。植被生长和表土稳定性状况导致了BSCs的异质性分布格局。     

不同退化阶段高寒草甸土壤化学计量特征

为了阐明不同退化阶段高寒草甸土壤的化学计量特征,沿着高寒草甸退化的梯度选取了原生嵩草草甸、轻度退化草甸和严重沙化草甸,测定了高寒草甸退化过程中不同深度土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量。结果表明:随着高寒草甸的退化,0～100cm土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比均呈降低趋势,且土壤有机碳对高寒草甸退化的敏感性最高,全氮、全磷和全钾的敏感性依次降低,表层20cm的土壤有机碳和全氮可作为表征高寒草甸退化程度最敏感的土壤养分指标。另外,随着草甸的退化,土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量及其化学计量比的垂直分布明显不同:随着土壤深度的增加,原生嵩草草甸和轻度退化草甸的土壤有机碳、全氮和全磷含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比在0～40cm范围内锐减,在40cm以下缓慢降低并趋于稳定;而沙化草甸土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾及其化学计量比随着土壤深度的增加保持不变。     

土壤蒸发和植被蒸腾对三江源退化高寒草甸蒸散的影响

蒸散(ET)主要由土壤蒸发(E)和植被蒸腾(T)组成,然而难以把E与T从陆地生态系统ET中区分开。为阐明位于青海省境内的三江源区(89°24′—102°23′E, 31°39′—36°16′N)高寒草甸E和T对生态系统ET的影响,利用小型蒸渗仪和微气象系统定量研究了三江源退化高寒草甸ET、E和T的变化,以及植被和环境因子对其的影响。结果表明:2017和2018年的ET分别为467.7 mm和479.2 mm,其中生长季(5—9月)约占72%,且E对生态系统ET的贡献(56%)大于T(44%),年降水量(P)的90%以上通过ET返回大气(ET/P> 90%)。根据生长季中不同植被覆盖度的蒸渗仪观测结果发现,ET随植被覆盖度的降低而增加。逐步回归分析表明,净辐射(R_n)是驱动生态系统ET、E、T最主要的因子;另外,E对饱和水汽压差(VPD)的响应更敏感,而T受空气温度(T_a)的影响更大;土壤含水量(SWC₅)对蒸散的影响相对较小,可能由于研究区降水相对较多的原因。结果说明,草甸退化将加剧土壤蒸发,进而导致生态系统散失更...     

青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系

以广布于青藏高原的高寒草甸为研究对象,进行模拟增温实验,探讨高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系,并试图论证高寒草甸植被是否符合生物多样性代谢理论.结果表明:①高寒草甸植被物种多样性的对数与绝对温度的倒数呈显著线性递减关系,空气-地表-浅层土壤(0-20 cm)温度(R2 ＞0.6,P＜0.01)较深层土壤(40-100 cm)温度(R2＜0.5,P＜0.05)对物种多样性影响大;其植被新陈代谢平均活化能为0.998-1.85 eV,高于生物多样性代谢理论预测值0.6-0.7 eV,这是高寒草甸植被对长期低温环境适应进化的结果.②除趋势对应分析和冗余分析显示,温度对植被地上部分影响较大,而土壤水分对全株影响均较大,适当的增温与降水均可极显著促进高寒草甸植被生长.③逐步回归和通径分析显示,40 cm、60 cm深度土壤水分对植被地上部分产生直接影响,20 cm高度空气相对湿度和40 cm深度土壤温度对其产生间接影响;40 cm深度土壤温度和60 cm深度土壤水分对植被地下部分产生直接影响,红外地表温度对其产生间接影响.深层土壤温度和水分对高寒草甸植被具有影响作用,这可能与增温后冻土的融化有关,但其机理尚待进一步研究.     

青藏高原高寒草甸不同海拔土壤酶化学计量特征

土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,研究土壤酶活性对于探讨生态系统功能有着重要意义.采用Biolog微平板技术,研究不同海拔(4300～5100 m)土壤酶活性和酶计量比的变化特征及影响机制.结果表明:与C循环密切相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与N循环密切相关的β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)以及与P循环密切相关的酸性磷酸酶(AP)活性均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现出4800 m>4950 m>4400 m>4650 m>5100 m>4300 m;土壤N∶P酶活性比呈现与土壤酶活性相同的先上升后下降单峰变化趋势,在4950 m处达到最高值;而土壤C∶N和C∶P酶活性比表现出沿海拔升高逐渐增加的趋势.有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤含水量与4种酶活性均呈显著正相关;年均温度与NAG、AP呈显著正相关;年降水量与NAG、AP呈显著负相关;土壤C∶P酶活性比、土壤N∶P酶活性比与年均温度、年降水量、植被Shannon多样性指数、植被丰富度指数、植被盖度和TN呈显著正相关.年均温、年降水量、植被丰富度、植被覆盖度、土壤全氮和溶解性有机碳显著影响土壤C∶N酶活性比.青藏高原草甸不同海拔土壤酶活性和酶计量比呈现显著的海拔差异,且高海拔地区存在一定的N限制.土壤酶活性海拔差异主要受到土壤含水量、TN、SOC、年降水量和年均温度的影响.     

青藏东缘若尔盖高寒草甸中小型土壤动物群落特征及季节变化

中小型土壤动物是生态系统的重要组成部分。为了查明高寒草甸生态系统的中小型土壤动物群落特征及其变化动态,2008至2009年间,利用定位观测方法对青藏东缘若尔盖高寒草甸的中小型土壤动物进行了5次调查。结果为:(1)捕获中小型土壤动物9318只,隶属于3门7纲88类;平均密度为39941.67 个/m²;大类群中,线虫纲(Nematoda)的个体数占总个体数的91.50%,蛛形纲(Arachnida)(主要为蜱螨目)、弹尾纲(Collembola)、寡毛纲(Oligochaeta)和昆虫纲(Insecta)分别占3.73%、2.55%、1.12%和1.07%;(2)土壤动物的群落密度、类群数、密度-类群指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数均有显著的季节差异(P<0.01或P<0.05),表明高寒草甸生态系统的中小型土壤动物群落多样性对季节变化具有高度敏感性;(3)线虫纲、蛛形纲、弹尾纲、寡毛纲和昆虫纲的密度变化趋势基本一致,并均有显著的季节差异(P<0.05);(4)各季节间的Sorensen群落相似性系数低于Morisita-Horn相似性系数,表明季节变化对群落物种组成的影响相对较强,对优势类群个体密度的影响相对较弱;(5)中小型土壤动物群落的类群数和密度,以及弹尾纲、寡毛纲和昆虫纲的密度均与温度有显著的负相关(P<0.01或P<0.05),线虫和蛛形纲的密度与温度和降水均有不显著的负相关(P>0.05)。研究结果表明若尔盖高寒草甸的中小型土壤动物群落组成和多样性具有明显的季节特征,而温度是影响其季节变化的最主要气候因素;另外,从温度、降水及其年间变化对中小型土壤动物的影响可知全球气候变暖在短期内将会对高寒草甸土壤动物群落产生不利的影响。     

东祁连山高寒草甸不同退化阶段植被/土壤磷素特征及其与生物量的关系

磷素是高寒草地生态系统的重要支持元素,高寒草甸退化导致较为严重的生态和生产问题,同时也引起了生态系统物质循环的变化。为揭示高寒草甸退化中土壤磷素特征及其对植被特征的效应,以东祁连山轻度(LD)、中度(MD)、重度退化(SD)高寒草甸退化阶段为研究对象,以多年围封高寒草甸(FG)为对照,在春季和夏季分别对不同高寒草甸阶段样地不同土层深度土壤全磷、有效磷、微生物量磷含量及碱性磷酸酶活性等磷素特征进行了研究,并对夏季植被地上生物量和磷素含量等植被特征进行了调查。结果表明：东祁连山高寒草甸退化导致植被地上生物量和磷含量急剧下降,重度退化高寒草甸地上生物量干重仅是围封草地的35.93%,退化高寒草甸地上部磷含量仅为围封草地的60%,且不同退化阶段地上部磷含量没有明显差异。退化导致高寒草甸表层土壤的全磷、有效磷含量升高,相比FG,土壤有效磷含量春季LD、MD和SD分别升高了16.67%、36.67%和3.33%,夏季分别升高了4.35%、26.09%和4.35%,且有效磷含量具有夏季低于春季的季节差异性。退化导致土壤微生物量磷含量明显降低,而对碱性磷酸酶活性影响没有明显的规律性,但围封草地夏季碱性...     

青藏高原高寒草地生物多样性与生态系统功能的关系

生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

滇西北退化高寒草甸植物群落结构对刈割的响应

为探究滇西北不同退化级别高寒草甸植物群落结构对外界干扰的响应敏感性,以香格里拉市的典型高寒草甸为研究对象,于2018-2020年在三个退化梯度上（严重退化,S1;中度退化,S2;轻度退化,S3）开展控制刈割实验,进而分析草甸植物物种丰富度、群落组成相似性、群落复杂度和关键种的变化规律。结果表明：（1）刈割后,S1的物种丰富度显著增加（P<0.05）,S2和S3的物种丰富度未发生显著变化（P>0.05）;（2）相较于S2和S3,S1梯度的植物群落组成变化最大;（3） S1、S2和S3的植物群落复杂度在刈割后均呈先下降后增加的趋势,但S1的植物群落复杂度变化幅度高于S2和S3;（4）刈割导致各退化草甸植物群落的关键种发生了变化,2018、2019和2020年S1梯度的关键种在豆科（Leguminsae）和蔷薇科（Rosaceae）之间变化,S2梯度的关键种在禾本科（Gramineae）和菊科（Compositae）之间变化,S3梯度的关键种在蔷薇科（Rosaceae）、菊科（Compositae）和禾本科（Gramineae）之间转变。研究表明,滇西北高寒草甸植物物种丰富度、群落组成和群落复杂度对外界干扰响应的敏感性可能随退化加剧而上升,但群落关键种的响应过程较复杂。     

退化高寒草原土壤生物学性质的变化

对藏北退化高寒草原的土壤生物学性质研究表明:轻度退化草地2~10cm土层微生物(细菌、真菌、放线菌)数量与生物量(碳、氮)、土壤酶(纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶)活性和有机质总体上高于正常草地,中度、严重退化草地则均呈显著降低趋势.微生物生物量碳氮比(BC/BN)与土壤全碳、全氮比(TC/TN)呈极显著正相关(r=0.9088,P≤0.01;n=4);与正常草地相比,轻度、中度退化草地BC/TC、BN/TN值均呈上升趋势,而严重退化草地则呈明显下降趋势.土壤微生物生物量与土壤酶活性呈极显著或显著正相关,但二者均与土壤放线菌数量呈不同程度的负相关;2~10cm土层有机质与土壤微生物生物量、土壤酶活性均呈极显著或显著正相关;随草地退化的加剧,2~10cm和11~20cm土层腐殖质碳占土壤有机碳比重,以及胡敏酸碳占土壤腐殖质碳比重均较正常草地明显上升.